Aspectos dinámicos y mecánicos de mitocondrias e interacciones con el citoesqueleto

Tesis

Resumen *

En investigaciones recientes, se ha puesto énfasis en comprender la relevancia de las interacciones entre el citoesqueleto y las mitocondrias, y como las mismas conexiones influyen en la forma, dinámica y función de dichas organelas dentro de las células. A pesar de esto, los mecanismos precisos y la dinámica subyacente a las interacciones no se comprenden completamente. El trabajo de esta tesis busca adentrarse en este campo particular modelando a las mitocondrias como filamentos semiflexibles en un medio viscoso puro. Para lograrlo, se llevaron a cabo simulaciones numéricas en las que se las aproxima a las mitocondrias por cadenas de partículas unidas por resortes, empleando un modelo ampliamente reconocido, denominado: worm-like chain model. Las interacciones con el citoesqueleto se modelan mediante fuerzas con una dinámica temporal estocástica y se las denominada activas, ya que no surgen del ruido térmico del entorno. En los trabajos previos ya se habían centrado en fuerzas con dinámica rápida y aleatoria, por lo que podían considerarse como un baño activo. Sin embargo, este escenario no es el que se observa frecuentemente en células durante las ventanas temporales típicamente exploradas en los experimentos. En consecuencia, en este trabajo se modelaron las fuerzas en consistencia con los patrones espacio-temporales experimentales. Inicialmente, se llevaron a cabo simulaciones de filamentos con parámetros de mitocondrias y microtúbulos para observar los efectos que tienen la viscosidad y ruido térmico del medio sobre su dinámica. Se concluyó que para los microtúbulos, el ruido térmico es despreciable, mientras que para mitocondrias, estas dos cantidades afectan significativamente sus formas y movilidad. Posteriormente, se analizó el desplazamiento cuadrático medio (MSD) del centro de masa para estudiar el movimiento de las mitocondrias en presencia de fuerzas activas. Se observó que el MSD presenta una transición desde un régimen de difusión normal con viscosidad del medio efectiva menor a la simulada, a otro, a tiempos mayores, que crecen con exponentes superdifusivos. Para cuantificar el movimiento de las mitocondrias, tanto en sus fluctuaciones de formas como el desplazamiento, se propone una metodología alternativa: el desplazamiento cuadrático acumulado (CSD). Se muestra que esta herramienta es útil para determinar la viscosidad del medio y para inferir la presencia de fuerzas activas. Finalmente, las herramientas implementadas en las simulaciones se emplearon para analizar el tracking de mitocondrias en dos líneas celulares: células melanóforas de Xenopus laevis y células U2OS III IV derivadas de ostosarcoma humano. Tanto el MSD como el CSD aportaron información valiosa sobre la ´ influencia que tienen las distintas componentes del citoesqueleto sobre la movilidad de las mitocondrias. Mas aún, el CSD permitió inferir características de las fuerzas, tales como su frecuencia y duración, respaldando la importancia de los motores (i.e. proteínas que se unen a las organelas y microtúbulos para su transporte) asociados a los microtúbulos en la generación de fuerzas activas sobre las mitocondrias. Información suministrada por el agente en SIGEVA